|
СН4
|
С2Н6
|
СО2
|
N2
|
|
98,0
|
0,1
|
0,1
|
1,8
|
Qрн=358,2
СН4+637,5С2Н6рн=358,298+637,20,1= 35167,32 кДж/м
1.2 Объем воздуха, необходимый для горения
топлива
LгорО2=0,01 (2СН4+3,5С2Н6)
горО2=0,01 (298+3,50,1)= 1,96 м/мт
1.3 Теоретический объем воздуха, необходимый
для горения топлива
Loв = LоО2 × 100/21
Loв = 1,96
×100/21 = 9,35 м/мт
1.4 Действительный расход воздуха
Lдв = α Lов
дв =1,059,35=9,818 м/ мт
где a - коэффициент
избытка воздуха, для газообразного топлива a =1,05
1.5 Выход газообразных продуктов горения
Lco2=0,01 (1×СН4+2С2Н6+СО2)
Lco2=0,01 (1×98+20,1+0,1)=0,983 м/мт
Lн2о=0,01 (2СН4+3С2Н6)
Lн2о=0,01 (298+30,1)=1,963 м /мт
LN2=0,79 Lдв+0,01N2
LN2=0,799,818+0,011,8=7,774 м/мт
Lизo2=
(a-1)LгорО2
Lизo2=
(1,05-1) 1,96=0,098 м/мт
1.6 Общий объём продуктов горения.
Lп.г.= Lco2+ Lн2о+ LN2+ Lизo2
Lп.г= 0,983+1,963+7,774+0,098=10,818 м/мт
1.7
Массовый выход продуктов горения топлива
Плотности газов, кг/м
|
CO2
|
H2O
|
N2
|
O2
|
|
1,977
|
0,805
|
1,251
|
1,429
|
GСО2=1,977Lco2= 1,9770,983= 1,943 кг/м
GН2О=0,805Lн2o= 0,8051,963= 1,58 кг/м
GN2=1,251LN2= 1,2517,774= 9,725 кг/м
GО2=1,429Lo2= 1,4290,098= 0,14 кг/м
Gп.г.=1,943+1,58+10,019+0,144= 13,389 кг/м
Материальный баланс горения топлива представлен в таблице 5.
|
Приход
|
Количество
|
Расход
|
Количество
|
|
м/м
|
кг/м
|
|
м/м
|
кг/м
|
|
1. Топливо
|
1
|
0,726
|
1. Углекислый газ
|
0,983
|
1,943
|
|
2. Воздух
|
9,818
|
12,694
|
2. Водяные пары
|
1,963
|
1,58
|
|
Итого
|
10,818
|
13,42
|
3. Азот
|
7,774
|
9,725
|
|
|
|
4. Кислород
|
0,098
|
0,14
|
|
|
Итого
|
10,818
|
13,389
|
2. Материальный баланс печи
2.1 Расходные статьи
Расход топлива
Принимаем расход топлива за хТ, массовый расход rхТ=0,726хТ
Расход сырья
Теоретический расход сухого сырья
где ПППс - потери при прокаливании сырья ПППс=34,19%
кг/кгкл.
общий пылевынос
кг/кгкл
безвозвратный пылеунос
кг/кгкл
возвратный пылевынос
кг/кгкл
Действительный расход сырья
1,52+0,005=1,525 кг/кгкл.
Для случая замены и подачи 15% известняка с горячего конца печи.
Действительный и теоретический расход сырья не изменяется.
Количество известняка подаваемого с горячего конца печи:
кг/кгкл
кг/кгкл
кг/кгкл
кг/кгкл
Расход сырьевой смеси.
где Wшл - влажность шлама
кг/кгкл.
кг/кгкл
Расход воздуха на горение топлива
- действительный расход воздуха на горение
- 9,818 м/мт
rВ-плотность
воздуха при нормальных условиях,
rВ =1,293
кг/м;
кг/кгкл
2.2 Приходные статьи
Выход клинкера
Gкл = 1 кг
Выход углекислого газа из сырья
Выход углекислого газа выделяющегося при разложении CaCO3 и MgCO3 в процессе обжига сырья: расчет производится исходя из величины
потерь при прокаливании (ПППс) с содержании гидратной воды связанной в
каолините Al2O3
2SiO22H2O
где 0,35Al2O3 - процентное содержание гидратной влаги в сырье.
кг/кгкл
Выход гидратной влаги
кг/кгкл
Выход физической влаги:
кг/кгкл
кг/кгкл
Выход отходящих газов из печи
Gпг=(GCO2+GN2+GH2O+GO2) xT=(1,943+9,725+1,58+0,14) xT=13,389xT кг/кгкл
Gот=13,389
+0,501+0,019+0,858=13,389+1,378
Gот=13,389+0,501+0,019+0,775=13,389+1,295
Результаты расчета приходных и расходных статей предварительного
материального баланса сводим в таблицу
Материальный баланс печи
|
Приход
|
кг/кгкл
|
Расход
|
кг/кгкл
|
|
Обычн
|
Замена
|
|
Обычн
|
Замена
|
|
1. Выход клинкера
|
1
|
1
|
1. Расход топлива
|
0,726xт
|
0,726xт
|
|
2. Выход отходящих газов: 2.1.
Продукты горения: - CO2 - H2O - N2 - O2изб 2.2. Газы из сырья - H2OW - H2Oг - CO2с
|
1,943 xт 1,58 xт 9,725 xт 0,14xт 0,858 0,019 0,501
|
1,943 xт 1,58 xт 9,725xт 0,14xт 0,775 0,019 0,501
|
2. Расход с/смеси: - теоретический -
действительный - шлам - известняк с горячего конца печи 3. Пылевынос общий
|
1,52 1,525 2,383 - 0,227
|
1,349 1,377 2,152 0,148 0,227
|
|
3. Возвратная пыль
|
0,222
|
4. Расход воздуха
|
12,694хТ
|
Итого: а) обычного б) замена 13,389+2,6
,389+2,517Итого:
а) обычный
б) замена13,42 +2,61
|
13,42+2,527
|
|
|
3. Тепловой баланс холодильника
.1 Приход теплоты
С клинкером поступающим в холодильник из печи:
= 1350ОС
=1,0725 кДж/(кг*°С)
кДж/кгкл
С воздухом на охлаждение клинкера:
=
=9,818хТ м/кгкл
=63,68хТ кДж/кгкл
3.2 Расход теплоты
С клинкером, выходящим из холодильника:
=193,43 кДж/кгкл
Потери тепла в окружающую среду
кДж/кг
S=π´d´l´n
S=3,14´1,4´6´10=263,76 м
a=(3,5+0,062´tк) ´4,19=(3,5+0,062´350)´4,19=105,588
кДж/кгкл
Расход теплоты с вторичным воздухом:
=923,252+63,68хТ кДж/кгкл
Тепловой
баланс холодильника представлен в таблице 7.
Тепловой баланс холодильника
|
Приход
|
кДж/кгкл
|
Расход
|
кДж/кгкл
|
|
1. С клинкером 2. С воздухом
|
1448 63,68хТ
|
1. С клинкером
|
193,43
|
|
|
|
2. С вторичным воздухом
|
923,252+63,68хТ
|
|
|
|
4. Потери в окружающую среду
|
331,318
|
|
|
|
Итого
|
1448+63,68хТ
|
|
Итого
|
1448+63,68хТ
|
|
4. Тепловой баланс печи
4.1 Приход теплоты
В результате горения топлива.
кДж/кгкл
С топливом:
кДж/кгкл
Тепло вносимое сырьевой смесью:
кДж/кгкл
кДж/кгкл
Приход теплоты с воздухом, идущим на горение.
Приход теплоты с первичным воздухом:
кДж/кгкл
Приход теплоты с вторичным воздухом:
923,818+63,68хТ кДж/кгкл
tог-100=220-100=120°С
кДж/кгкл
4.2 Расход теплоты
Тепловой эффект клинкерообразования (ТЭК)
QТЭК= Qдег+Qдек-Qэкз
Расход теплоты на декарбонизацию карбоната кальция
Qдек=GСаСО3
1780
кДж/кгкл
кДж/кгкл
Затраты тепла на дегидратацию каолинита
кДж/кг
Экзотермические эффекты образования клинкерных минералов.
где 
- содержание клинкерных минералов
выраженных в%
кДж/кгкл
QТЭК=149,72+2027,42-443,25=1733,89
кДж/кгкл
Затраты на испарения влаги из сырья
Qисп=2500
Qисп=25000,856=2140 кДж/кгкл
Qисп=25000,775=1937,5 кДж/кгкл
Потери тепла:
С отходящими из печи газами:
Потери тепла с клинкером выходящем из печи
Qкл=CклGклtкл
Qкл=1,072511350=1448 кДж/кгкл
Потери тепла с выносимой из печи пылью
Qп=CпGпtог
Qп=0,9340,227220=40,606 кДж/кгкл
Потери тепла через корпус печи в окружающую среду
S=pDпL
S=3,143,6150=1695,6 м
|
№ зоны
|
Размер зоны
|
α
|
t
|
|
I зона
|
25%
|
45
|
110ОС
|
|
II зона
|
25%
|
68
|
215OC
|
|
III зона
|
25%
|
90
|
300OC
|
|
IV зона
|
25%
|
78
|
270 OC
|
I зона
кДж/кгкл
II зона
кДж/кгкл
III зона
кДж/кгкл
IV зона
кДж/кгкл
Qос=968,026
кДж/кгкл.
Составляем уравнение теплового баланса:
QхT+ QфT+Qшл +
=Qиcп + Qтэк+ Qкл + Qог+ Qп+ Qос
а) для обычного способа:
,32хТ+8хТ+24,337+923,818+63,68хТ+23,713=2140+1733,89+
+1448+3302,951хТ+486,75+40,606+968,026
,049хТ=5845,404
хТ=0,183
б) для замены:
,32хТ+8хТ+21,981+923,818+63,68хТ+23,713=1937,5+1733,89+
+1448+3302,951хТ+431,81+40,606+968,026
,049хТ=5590,32
хТ=0,175
Материальный
баланс теплового агрегата
|
Приход материалов
|
кг/кгкл
|
Расход материалов
|
кг/кгкл
|
|
обычн
|
замена
|
|
обычн
|
замена
|
|
1. Выход клинкера
|
1
|
1
|
1. Топливо
|
0,133
|
0,127
|
|
2. Отходящие газы: 2.1. Продукты
горения: - CO2 - H2O - N2 - O2изб 2.2. Газы из сырья - H2OW - H2Oг - CO2с
|
0,356 0,289 1,78 0,026 0,858 0,019 0,501
|
0,34 0,277 1,702 0,025 0,775 0,019 0,501
|
2. Сырьё 3. Воздух: - первичный - вторичный -
известняк с горячего конца печи 4. Пылевозврат
|
2,383 0 2,323 - 0,222
|
2,152 0 2,221 0,148 0,222
|
|
3. Пылеунос общий
|
0,227
|
|
|
|
|
Итого:
|
5,056
|
4,866
|
Итого:
|
5,061
|
4,87
|
Невязка:
а) 
б) 
Тепловой баланс теплового агрегата
|
Приход тепла
|
обычный
|
замена
|
Расход тепла
|
обычный
|
замена
|
|
кДж/кгкл.
|
кДж/кгкл
|
|
кДж/кгкл
|
кДж/кгкл
|
|
1. От сгорания топлива
|
6154,281
|
QТЭК
|
1733,89
|
1733,89
|
|
2.С топливом
|
1,464
|
1,4
|
Qисп
|
2140
|
1937,5
|
|
3.С сырьём
|
24,337
|
21,981
|
Qог
|
1091,19
|
1008,475
|
|
4.С воздухом - первичным - вторичным
|
0 935,471
|
0 934,962
|
Qкл
|
1448
|
1448
|
|
5.С пылевозвратом
|
23,713
|
23,713
|
потери с пылевыносом
|
40,606
|
40,606
|
|
Итого
|
7420,605
|
7136,337
|
Qос
|
968,026
|
968,026
|
|
|
|
Итого
|
7421,712
|
7136,497
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
%невязки:
а) 
б) 
Основные теплотехнические характеристики печи
Тепловой коэффициент полезного действия
а) для обычного способа:
б) для замены:
Технологический коэффициент полезного действия
а) для обычного способа:
б) для замены:
Тепловая мощность печи
а) для обычного способа:
б) для замены:
Удельный расход условного топлива
а) для обычного способа:
б) для комбинированного способа:
Для обычного способа производства:
Объем газообразный продуктов на выходе из печи.
м/кгкл.
где
Vог - выход
отходящих газов из печи м/кг. кл.
tо.г. -
температура отходящих из печи газов.
м/кгкл
Объем газообразных продуктов перед дымососом увеличивается за счет
подсосов воздуха и составит
Vдым=
173868,281,8 =312962,9 м/ч
Аэродинамическое сопротивление печи:
Скорость отходящих газов в холодном
конце печи:
м/с
Средняя плотность отходящих газов:
кг/м
кг/м
x - приведенный коэффициент навески цепей x=10¸30 принимаем x=20
х=0,7
Fц - поверхность цепей, для мокрого способа
производства =3100 м
Общее сопротивление печной установки DР:
DР=DРп+DРпк+DРг+DРэф
DРП.К - гидравлическое сопротивление пыльной камеры 80¸120 Па принимаем 100 Па
DРэ.ф. - гидравлическое сопротивление электрофильтров
200 Па
DРг - гидравлическое сопротивление газоходов 150¸200 Па принимаем 175 Па
DР=493,9+100+200+175=968,9 Па
Мощность на валу электродвигателя дымососа:
Установочная мощность на валу
электродвигателя
Nуст=1,1*Nдв
Nуст=1,1*112,24=123,46
кВт
Подбираем дымосос
тип Д - 24×2
Техническая характеристика
Подача в м/ч; 370000
Полное давление кПа; 3,5
Частота вращения об/мин; 740
Для замены:
Объем газообразный продуктов на выходе из печи.
м/кгкл.
где
Vог - выход
отходящих газов из печи м/кг. кл.
tо.г. -
температура отходящих из печи газов.
м/кгкл
Объем газообразных продуктов перед дымососом увеличивается за счет
подсосов воздуха и составит
Vдым=
164075,0951,8 =180482,605 м/ч
Аэродинамическое сопротивление печи:
Скорость отходящих газов в холодном
конце печи:
м/с
Средняя плотность отходящих газов:
кг/м
кг/м
x - приведенный коэффициент навески цепей x=10¸30 принимаем x=20
х=0,7
Fц - поверхность цепей, для мокрого способа
производства =3100 м
Общее сопротивление печной установки DР:
DР=DРп+DРпк+DРг+DРэф
DРП.К - гидравлическое сопротивление пыльной камеры 80¸120 Па принимаем 100 Па
DРэ.ф. - гидравлическое сопротивление электрофильтров
200 Па
DРг - гидравлическое сопротивление газоходов 150¸200 Па принимаем 175 Па
DР=298,7+100+200+175=773,7 Па
Мощность на валу электродвигателя дымососа:
Установочная мощность на валу
электродвигателя
Nуст=1,1*Nдв
Nуст=1,1*51,68=56,85
кВт
Подбираем дымосос
тип Д - 20
Техническая характеристика
Подача в м/ч; 230000
Полное давление кПа; 1,5
Частота вращения об/мин; 740
Заключение
При подаче 15% известняка с горячего конца печи на Нижнетагильском
цементном заводе на вращающейся печи 3,6150 удельный расход топлива снижается с 0,183 м/кгкл до
0,175 м/кгкл. Соответственно снижается и расход топлива в условных
единицах с 219,346 кут/ткл до 209,757 кут/ткл.
Технологический КПД печи увеличивается с 26,94 до 28,17%
Тепловой КПД печи уменьшается с 60,19 до 59,66%
Предложенная технологическая операция эффективна с точки зрения
экономии топлива, так как экономия топлива составляет 0,008 м/кгкл.
Но при этом тепловой коэффициент полезного действия печи снижается на 0,53%.
Литература
топливо печь тепловой известняк
1. Ю.М.
Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев «Химическая технология вяжущих материалов» М.,
Высшая школа 1980 г.
2. П.В.
Левченко «Расчет печей и сушил силикатной промышленности» М.: Высшая школа 1968
г.
3. Н.П.
Кудеярова, Л.Б. Афанасьева, Г.П. Поляков «Теплотехника и тепловые установки
предприятий строительных материалов: лабораторный практикум» Белгород: БГТУ,
2007 г.